[PDF] La Cyclogenèse des systèmes dépressionnaires tropicaux Tropical

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La Cyclogenèse des systèmes

dépressionnaires tropicauxTropical cyclone formation

P. Caroff

Operational Head / RSMC La Reunion

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La cyclogénèse

des systèmes dépressionnaires tropicaux

Tropical cyclone formation

Cyclogénèse dans le Sud-Ouest de

l"Océan Indien (15-20 janvier 2002)

Cyclogenesis in the South-West

Indian ocean (15-20 January 2002)

La cyclogénèse

des systèmes dépressionnaires tropicaux

Tropical cyclone formation

Cyclogénèse dans le Sud-Ouest de

l"Océan Indien (24-28 janvier 2000)

Cyclogenesis in the South-West

Indian ocean (24-28 January 2000)

05/01/199606/01/1996

07/01/1996

08/01/1996

Les systèmes dépressionnaires

tropicaux : nomenclature des classifications et dénominations utilisées suivant les différentes régions OMM.Les systèmes dépressionnaires tropicaux : nomenclature des classifications et dénominations utilisées suivant les différentes régions OMM.

WMO classifications of

tropical disturbances and associated terminology being used in the different tropical cyclone basins.

Genesis

Intensification

34kt
64kt
Zones de cyclogénèseZones de cyclogénèse Dots represent initial detection of pre-hurricane tropical disturbances.

Areas of tropical cyclone formation1975)

Les points représentent les positions où ont été détectées les perturbations initiales de tous les cyclones observés sur une période de 20 ans (GRAY,

1975).

Représentation schématique des ZCIT d"alizé et de mousson.Représentation schématique des ZCIT d"alizé et de mousson.

ZCIT d"alizé ZCIT de mousson

Flux de basses couches

Flux d"altitude

Cisaillement vertical

ZCITZCIT

Talweg de mousson

Talweg de

mousson

Dorsale subtropicale

Talweg

de mousson d"Estd"Est d"Ouestd"Ouest d"Ouest d"Ouest

Talweg de

mousson (Face polaire)(Face polaire)

Low level flow

Upper level flow

Vertical shearTrade Wind ITCZ Monsoon ITCZ

Situation type de janvier dans le

bassin Australie/SE Océan Indien

Situation type du mois d"août

dans le Pacifique Nord-Ouest.

Schematics of tradewind and

monsoon-type ITCZ flow regimes. ZCIT

Distribution océanique

des positions saisonnières moyennes de la ZCIT de type moussonDistribution océanique des positions saisonnières moyennes de la ZCIT de type mousson

Representative

seasonal locations of the oceanic monsoon-type ITCZ.

Mean surface streamlines

during SH summer (Source : Saddler, 1975)

Near equatorial trough

ITCZ # Monsoon trough

Mean surface streamlines

during SH summer (Source : Saddler, 1975)

Near equatorial trough

ITCZ # Monsoon trough

1st Jan 2000 - 07 utc

Les conditions climatologiques nécessaires à la cyclogenèseLes conditions climatologiques nécessaires à la cyclogenèse

1. Existence d"une perturbation préexistante dans les basses couches de

l"atmosphère.Presence of a pre-existing disturbance in the lower atmosphere.2. Force de Coriolis suffisante.Significant value of planetary vorticity.3. Cisaillement vertical de vents horizontaux faibles.Weak vertical shear of the horizontal winds.4. SST supérieures à 26°C sur une épaisseur suffisante.SST exceeding 26°C and a deep thermocline.5. Conditions d"instabilité conditionnelle sur une large portion de la troposphère.Conditional instability through a deep atmospheric layer.6. Humidité relative importante dans les couches inférieures et moyennes de la

troposphère.Large values of relative humidity in the lower and middle troposphere Climatological conditions for tropical cyclone formation Zones de cyclogénèse et force de CoriolisZones de cyclogénèse et force de Coriolis Dots represent initial detection of pre-hurricane tropical disturbances.

Areas of tropical cyclone formationLes points représentent les positions où ont été détectées les perturbations

initiales de tous les cyclones observés sur une période de 20 ans (GRAY, 1975). Tropical cyclone formation and planetary vorticity

Cyclogénèse et force de CoriolisCyclogénèse et force de CoriolisTC Vamei developing east of Singapore close to the Equator.

SDT Vamei se formant à l"est de Singapour près de l"équateur.

GMS-5 Vis 26/12/2001 0031 UTC

TRMM 85GHz

26/12/2001 0059 UTCTropical cyclone

formation and planetary vorticity Cyclogénèse et force de CoriolisCyclogénèse et force de Coriolis

TC Vamei east of Singapore close to the Equator.SDT Vamei à l"est de Singapour près de l"équateur.

GMS-5 Vis 27/12/2001 0031 UTC

TRMM 85GHz

27/12/2001 0003 UTC

Cyclogenesis of Agni near the Equator.

Cyclogenèse d"Agni près de l"Equateur.

AGNI : tempête tropicale par 0.7°N

(et cyclone tropical par 5°N deux jours plus tard). Cyclogenèse à partir d"un minimum dépressionnaire initial ayant temporairement changé d"hémisphère la veille) !

QuikScat 27/11/2004 0107 utc

Météosat 5

28/11/2004

06 utc

Cyclogénèse et force de CoriolisCyclogénèse et force de Coriolis Zones de cyclogénèse vs. SSTZones de cyclogénèse vs. SST Dots represent initial detection of pre-hurricane tropical disturbances.

Areas of tropical cyclone formationLes points représentent les positions où ont été détectées les perturbations

initiales de tous les cyclones observés sur une période de 20 ans (GRAY, 1975).

Températures moyennes de surface de la mer

sur les océans Indien et Pacifique, au mois de février.Températures moyennes de surface de la mer

sur les océans Indien et Pacifique, au mois de février. SST of the Indian and Pacific Oceans (average for February)

Février

Températures moyennes de surface de la mer

sur les océans Indien et Pacifique, au mois d"août.Températures moyennes de surface de la mer

sur les océans Indien et Pacifique, au mois d"août. SST of the Indian and Pacific Oceans (average for August)

Août

Températures moyennes de surface de la mer

sur le bassin cyclonique Atlantique, aux mois de février et d"août.Températures moyennes de surface de la mer

sur le bassin cyclonique Atlantique, aux mois de février et d"août. SST of the Atlantic basin (average for February and August.

Février

Août

Répartition moyenne

des températures de surface de la mer dans les différents bassins cycloniques pendant le mois le plus chaud de l"année.Répartition moyenne des températures de surface de la mer dans les différents bassins cycloniques pendant le mois le plus chaud de l"année.

Latitudinal

variations of SST in the various formation regions during the warmest summer month.

Répartition méridienne

des positions initiales des perturbations s"étant ensuite intensifiées en tempêtes tropicales

Latitudes at which initial disturbances

that later became tropical storms were detected.

Fréquence annuelle par 2.5°de latitude.

Cyclogénèses dans le Sud-Ouest de l"océan IndienCyclogénèses dans le Sud-Ouest de l"océan Indien

Abaque donnant la pression centrale minimale suivant les températures de la mer (TS) et de la tropopause (TO) dans un cycle de Carnot idéal. Minimum sustainable central pressure as a function of sea-surface temperature (TS) and mean outflow temperature (TO), assuming an ambient surface pressure of 1015 hPa and an ambient near-surface relative humidity (RH) of 75%.

Ceci pour une

pression en surface de

1015 hPa et une

humidité relative près de la surface de 75% dans l "environnement.

Intensité maximale potentielle des cyclones tropicauxIntensité maximale potentielle des cyclones tropicaux

Minimum

sustainable central pressure of tropical cyclones under

September

climatological conditions. The central pressures of some of the most intense tropical cyclones on record are shown by italicized numbers and crosses.

Ouest et le Golfe du Mexique

Exprimée par le minimum de pression centrale sous des conditions climatologiques de septembre et comparaison avec quelques pressions centrales de cyclones parmi les plus puissants répertoriés dans le Pacifique Nord-Ouest et le Golfe du Mexique (valeurs de pressions minimales en italique et croix associées)

Intensité maximale potentielle des cyclones tropicauxIntensité maximale potentielle des cyclones tropicauxMaximum potential intensity map for SouthWest Indian Ocean.

Carte d"intensité maximale potentielle pour le Sud-Ouest de l"océan Indien (exprimée par le minimum de pression centrale).

Intensité maximale potentielle des cyclones tropicauxIntensité maximale potentielle des cyclones tropicaux

Relationship between observed max intensities and Sea Surface Temperature. Lien entre les intensités maximales observées dans l"Atlantique Nord et la température de surface de la mer.

Potentiel de convectionPotentiel de convectionMean oceanic potential instability during summer (resp. winter), i.e.

during aug/sept in NH (resp. SH) and during Jan/Feb in SH (resp NH).

ETEHIVERRépartition océanique des valeurs moyennes du potentiel de convection pendant l"été (août/sept en

HN, janv/fev en HS) et pendant l"hiver (janv/fev en HN et août /sept en HS). Valeurs en Kelvin.

Pe = QQQQe (surface) -QQQQe (500 hPa)

Les "ingrédients" pré-requis nécessaires à une possible cyclogenèseLes "ingrédients" pré-requis nécessaires à une possible cyclogenèse1. La situation/l"environnement sont climatologiquement favorables.Climatology is right (i.e. region, season, SST, etc...)2. La configuration synoptique est favorable du point de vue dynamique.Synoptic flow pattern is right (monsoon trough or high vorticity with small vertical

wind shear, etc...).3. Un Système Convectif de Méso-échelle est présent au sein d"un amas nuageux.Active Mesoscale Convection System (MCS) is present within a cloud cluster.Background requirement to make tropical cyclone formation a possibility...

Ingrédients nécessaires, mais pas suffisants... Even when all these basic background requirement are met,

cyclogenesis is not guaranteed... Conditions synoptiques de la cyclogenèse (1)Conditions synoptiques de la cyclogenèse (1)

1. Existence d"une perturbation nuageuse initiale présentant de la convection

profonde en abondance.Pre-existing disturbance containing abundant deep convection.2. Accroissement préalable du tourbillon relatif en basse troposphère sur une

échelle horizontale de 1000 à 2000 km.Previous spin-up of lower tropospheric relative vorticity over a horizontal

scale of 1000 to 2000 km.3. La perturbation initiale doit acquérir une structure à coeur chaud à travers

l"ensemble de la troposphère.The pre-existing disturbance must acquire a warm core thermal structure

throughout the troposhere.4. Environnement présentant un cisaillement vertical de vent horizontal faible.Large-scale environment with weak vertical shear of the horizontal wind.Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (1)

Conditions synoptiques de la cyclogenèse (2)Conditions synoptiques de la cyclogenèse (2)

5. Interaction fréquente entre la perturbation naissante et un talweg d"altitude. Frequent interaction between an upper-tropospheric trough and the incipient

disturbance.6. Un indicateur précoce du début de cyclogénèse est l"apparition de bandes

nuageuses de convection au sein de la perturbation naissante.An early indicator that cyclogenesis has begun is the appearance of curved

banding features of deep convection within the incipient disturbance.7. Le coeur central du futur cyclone peut avoir pour origine un méso-vortex en

moyenne troposhère formé en association avec une zone d"altostratus pré-

existante à méso-échelle.The inner core of the cyclone may originate as a mid-level meso-vortex that

has formed in association with a pre-existing meso-scale area of altostratus. Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (2)

Conditions synoptiques de la cyclogenèse (1)Conditions synoptiques de la cyclogenèse (1)

1. Existence d"une perturbation nuageuse initiale présentant de la convection

profonde en abondance.Pre-existing disturbance containing abundant deep convection.2. Accroissement préalable du tourbillon relatif en basse troposphère sur une

échelle horizontale de 1000 à 2000 km.Previous spin-up of lower tropospheric relative vorticity over a horizontal

scale of 1000 to 2000 km.3. La perturbation initiale doit acquérir une structure à coeur chaud à travers

l"ensemble de la troposphère.The pre-existing disturbance must acquire a warm core thermal structure

throughout the troposhere.4. Environnement présentant un cisaillement vertical de vent horizontal faible.Large-scale environment with weak vertical shear of the horizontal wind.Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (1)

La perturbation nuageuse initialeLa perturbation nuageuse initiale

The pre-existing disturbance

" We observe universally that tropical storms form only within pre-existing disturbances... An initial disturbance therefore forms part of the starting mechanism. A weak circulation, low pressure, and a dep moist layer are present at the beginning ». Riehl (1954) La perturbation nuageuse initialeLa perturbation nuageuse initiale

The pre-existing disturbance

A cloud cluster consists of several Mesoscale Convective Systems (MCS) that are evolving on time scales of 6-18h and are subject to the diurnal cycle of convection. The MCSs are associated with a number of cumulonimbus elements that feed moisture to deep altostratus decks. La perturbation nuageuse initialeLa perturbation nuageuse initiale

The pre-existing disturbance

****Cloud clusters within low pressure area****meso-scale ascent (vertical motion 100 hPa/day over a 4°square area for pre-genesis disturbances)****upper-tropospheric warm core ***Larger rotational circulation (1000-1500 km)

An important requirement

is that the pre-cyclone cloud cluster must be " persistent » .

1st Jan 2000 - 07 utc

Zehr found 72 cloud clusters that lasted more than two days in the North Pacific in 1983-1984 : 22 non-developing vs. 50 that became tropical storms (developers).

Hence a 70% probability of cyclogenesis.

Conditions synoptiques de la cyclogenèse (1)Conditions synoptiques de la cyclogenèse (1)

1. Existence d"une perturbation nuageuse initiale présentant de la convection

profonde en abondance.Pre-existing disturbance containing abundant deep convection.2. Accroissement préalable du tourbillon relatif en basse troposphère sur une

échelle horizontale de 1000 à 2000 km.Previous spin-up of lower tropospheric relative vorticity over a horizontal

scale of 1000 to 2000 km.3. La perturbation initiale doit acquérir une structure à coeur chaud à travers

l"ensemble de la troposphère.The pre-existing disturbance must acquire a warm core thermal structure

throughout the troposhere.4. Environnement présentant un cisaillement vertical de vent horizontal faible.Large-scale environment with weak vertical shear of the horizontal wind.Dynamical conditions associated with tropical cyclone formation (1)

Carte moyenne du tourbillon relatif en surfaceCarte moyenne du tourbillon relatif en surface Chart of mean surface relative vorticity during August in the northern hemisphere and during January in the southern hemisphere. Extreme values (+12, -12) are found in the northern hemisphere during August and linked with austral winter.

Unité = 10

-6s-1 Pour les mois d"août dans l"hémisphère Nord et janvier dans l"hémisphère Sud.

Les valeurs extrêmes (+12, -12) sont observées dans l"hémisphère Nord au mois d"août en

liaison avec l"hiver austral.

Comparaison des

circulations tangentielles

D-vs-NDComparaison des

circulations tangentielles

D-vs-ND

Tangential winds (m/s) for

West Pacific composites of

pre-typhoon cloud clusters about 18h prior to genesis (GN) and non-developing, long

lasting cloud clusters (PN).18h avant leur genèse (en haut), En (m/s) autour de perturbations

composites du Pacifique Nord-Ouest, respectivement pour des futurs typhons, 18h avant leur genèse (en haut), et pour des amas nuageux durables ayant ensuite avorté (en bas).Stronger middle- and lower-level cyclonic circulations from 2-8° lat. radius and larger inward eddy fluxes of momentum in the middle levels for developpers compared to non-developpers. Evolution temporelle de la coupe verticale du tourbillon relatif, dans un rayon

de 300 km autour de la perturbation initiale de la future IRMA, en janvier 1987.Evolution temporelle de la coupe verticale du tourbillon relatif, dans un rayon

de 300 km autour de la perturbation initiale de la future IRMA, en janvier 1987. 10 -6s-1, valeurs négatives pour le tourbillon cyclonique TIME IRMA

Mesures lors de la campagne AMEX

(Australian Monsoon Experiment).

C : moment du premier maximum de convection.

C : beginning of the early convective maximum

V : début de renforcement rapide du tourbillon. V : start of the rapid spin-up of the outer circulation TCGEN : moment où les vents maximaux ont atteint 34 noeuds.

TCGEN : TC genesis

Time-height sections of relative vorticity (cyclonic is negative) over a 300 km radius circle surrounding

the disturbance that developed into TC Irma during the Australian Monsoon Experiment (Jan 1987). Time-height sections of relative vorticity (cyclonic is negative) over a 300 km radius circle surrounding the disturbance that developed into tropical cyclone JASON in January-February 1987. TIME 10 -6s-1, cyclonic relative vorticity is negative JASON Evolution temporelle de la coupe verticale du tourbillon relatif, dans un rayon de

300 km autour de la perturbation initiale du futur Jason (janvier-février 1987).Evolution temporelle de la coupe verticale du tourbillon relatif, dans un rayon de

300 km autour de la perturbation initiale du futur Jason (janvier-février 1987).

Mesures lors de la campagne AMEX

(Australian Monsoon Experiment).

C : moment du premier maximum de convection.

C : beginning of the early convective maximum

V : début de renforcement rapide du tourbillon. V : start of the rapid spin-up of the outer circulation TCGEN : moment où les vents maximaux ont atteint 34 noeuds.

TCGEN : TC genesis

Carte de surface idéalisée représentant les "poussées" d"alizés et de mousson produites dans l"hémisphère Sud par les évolutions des

centres d"action associés.Carte de surface idéalisée représentant les "poussées" d"alizés et de

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